JP2009030452A - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の可変動弁装置において、可変動弁機構の応答性を向上させる技術を提供する。
【解決手段】内燃機関の出力軸８に駆動されて回転し、当該回転によって燃料ポンプ１１を駆動する中心軸４と、中空内部に中心軸４が挿通されると共に、外周に取り付けたカム２ａを回転させることによって内燃機関の吸気弁１を周期的に押圧し開閉運動させるカム軸２と、ケースとベーンロータとの相対角度を変更させて出力軸８とカム軸２との回転位相を変更可能であり、これにより吸気弁１の開閉タイミングを変更可能とすると共に、ケースにベーンロータが連れ回ることで中心軸４の回転をカム軸２に伝達するＶＶＴ機構３と、中心軸４とカム軸２との間に形成され、ケースとベーンロータとの相対角度を変更させて中心軸４とカム軸２との位相差が発生した場合に、ＶＶＴ機構３への油圧変化を助長する羽根１２と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の吸気弁及び／又は排気弁の開閉タイミングを変更可能な内燃機関の可変動弁装置に関する。

内燃機関の吸排気弁の開閉タイミングを制御する装置として、油圧駆動式の可変動弁機構が知られている。この可変動弁機構は、内燃機関の出力軸とカム軸との間に設けられ、その内部に形成されたオイル室内の油圧制御に基づき動作されるようになっている。そして、その動作により、内燃機関の出力軸の回転位相に対するカム軸の回転位相を変更して、吸排気弁の開閉タイミングを変更するようにしている。

ところで、内燃機関の燃料噴射弁に燃料を供給するときには、カム軸に駆動される燃料ポンプによって、燃料タンク又は燃料通路内の燃料を圧送し、燃料噴射弁に供給することが行われる。このように燃料ポンプがカム軸に駆動される場合には、燃料ポンプを駆動する駆動トルクが、可変動弁機構の作動負荷となる。このため、燃料ポンプの駆動トルクの変動により、可変動弁機構の作動が不安定になる。

これに対し、内燃機関の出力軸から駆動力を伝達されるスプロケットとこのスプロケットと共に回転する燃料ポンプを駆動するポンプカムとを、カム軸の周りにカム軸に対して回転自在な別体で設け、燃料ポンプの駆動トルクを可変動弁機構の作動に影響させない技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−３４３３８１号公報

ところで、上記従来技術であっても、可変動弁機構の応答性の改善が望まれていた。

本発明の目的とするところは、内燃機関の可変動弁装置において、可変動弁機構の応答性を向上させる技術を提供することにある。

本発明にあっては、以下の構成を採用する。すなわち、
内燃機関の出力軸に駆動されて回転し、当該回転によって燃料ポンプを駆動する中心軸と、
中空内部に前記中心軸が挿通されると共に、外周に取り付けたカムを回転させることによって内燃機関の吸気弁及び／又は排気弁を周期的に押圧し開閉運動させるカム軸と、
前記中心軸に連結されて回転する第１回転部材と前記第１回転部材と同軸上に設けられ前記カム軸に連結されて回転する第２回転部材とを有し、前記第１回転部材と前記第２回転部材との相対角度を変更させて前記出力軸と前記カム軸との回転位相を変更可能であり、これにより前記吸気弁及び／又は前記排気弁の開閉タイミングを変更可能とすると共に、前記第１回転部材に前記第２回転部材が連れ回ることで前記中心軸の回転を前記カム軸に伝達する可変動弁機構と、
前記中心軸と前記カム軸との間に形成され、前記第１回転部材と前記第２回転部材との相対角度を変更させて前記中心軸と前記カム軸との位相差が発生した場合に、前記可変動弁機構への油圧変化を助長する油圧変化助長手段と、
を備えたことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置である。

これによると、第１回転部材と第２回転部材との相対角度を変更させて中心軸とカム軸との位相差が発生した場合に、中心軸とカム軸との間の相対回動に基づき、中心軸とカム軸との間の油の流動を促し、可変動弁機構への油圧変化を助長できる。したがって、可変動弁機構は制御指令に応じた油圧変化を素早く行えるので、可変動弁機構の応答性を向上できる。

前記油圧変化助長手段は、前記中心軸の外周又は前記カム軸の内周に軸心に対して斜めに形成された羽根であるとよい。また、前記油圧変化助長手段は、前記中心軸の外周又は前記カム軸の内周に軸心に対して斜めに形成された溝であるとよい。

これらによると、中心軸とカム軸との間の油の流動を促すことができる。

本発明によると、内燃機関の可変動弁装置において、可変動弁機構の応答性を向上させることができる。

以下に本発明の具体的な実施例を説明する。

＜実施例１＞
図１は、本実施例に係る内燃機関の可変動弁装置を適用する内燃機関の要部の概略構成を示す図である。

図１には、吸気弁１を駆動するカム軸２に可変動弁（Variable Valve Timing）機構（
以下、ＶＶＴ機構という）３が備えられている。

なお、このＶＶＴ機構３は、排気弁を駆動するカム軸に備えられていてもよいし、吸気弁を駆動するカム軸及び排気弁を駆動するカム軸の両方に備えられていてもよい。

図１において、カム軸２は、内部が中空な筒状をしており、この中空内部に中心軸４が挿通されている。カム軸２と中心軸４は、ＶＶＴ機構３を介して連れ回るようになっている。

中心軸４は、カム軸２よりも長く、中心軸４の中心及び中心軸４とカム軸２との間にはＶＶＴ機構３を制御するためのオイルが流通している。中心軸４とカム軸２とが２重構造となっている端部には、中心軸４とカム軸２との間のオイル漏れを防ぐシール５が配置されている。

中心軸４は、カム軸２の端部から突出した一端に設けられたスプロケット６に巻き掛けられたチェーン７によって内燃機関の出力軸８に駆動連結され、出力軸８が２回転される毎に１回転される。中心軸４の回転に伴いカム軸２も中心軸４と等しく回転する。そして、カム軸２の回転に応じて、カム軸２の外周に取り付けられたカム２ａのカムフェースが吸気弁１を周期的に押圧することによって、吸気弁１が開閉駆動される。

ＶＶＴ機構３は、油圧制御式であり、中心軸４とカム軸２とを相対回動させることで、出力軸８の回転位相に対する相対的なカム軸２の回転位相を可変とする。そして、カム軸２の回転位相の変更に応じ、吸気弁１の開閉タイミングが変更されるようになっている。

このＶＶＴ機構３よって中心軸４とカム軸２との回転位相を変更させる際には、オイルポンプによってオイルパンからオイルを吸い上げ、このオイルをオイルコントロールバル
ブ（以下、ＯＣＶという）９に圧送する。そして、ＯＣＶ９によって、ＶＶＴ機構３の中心軸４に対してカム軸２を遅角側に移動させる側のオイル室（遅角オイル室３ａ）にオイルを供給するか、中心軸４に対してカム軸２を進角側に移動させる側のオイル室（進角オイル室３ｂ）にオイルを供給するかを制御して、中心軸４とカム軸２との回転位相を変更させる。

ここで、図１に示すように、遅角オイル室３ａに供給されるオイルは、ＯＣＶ９によって、中心軸４とカム軸２との間の隙間を流通し、遅角オイル室３ａに導かれている。また、進角オイル室３ｂに供給されるオイルは、ＯＣＶ９によって、中心軸４の内部を流通し、進角オイル室３ｂに導かれている。

また、中心軸４のスプロケット６が配置された一端とは反対側の他端には、オイルダムカップリング１０を介して、内燃機関に供給される燃料を加圧吐出する燃料ポンプ１１が配置されている。燃料ポンプ１１は、中心軸４に設けられたポンプ駆動用の不図示のカムに周期的に押圧されることにより駆動される。

この燃料ポンプ１１の作動により、燃料タンク内の燃料が燃料パイプを通過し、デリバリパイプに圧送される。また、燃料ポンプ１１によって圧送される燃料の流量は、燃圧制御弁の開度によって制御され、これによりデリバリパイプ内の燃圧が調整される。デリバリパイプ内の燃料は、最終的に内燃機関の各気筒の燃料噴射弁まで圧送される。

次に、ＶＶＴ機構３の内部構成について、図２を用いて説明する。図２に示すように、ＶＶＴ機構３は、大きくはベーンロータ３ｃとケース３ｄとから構成される。ケース３ｄは、中心軸４に一体回転可能に固定されている。ベーンロータ３ｃは、ケース３ｄに対して相対回動可能な状態でケース３ｄの内部に収容されており、カム軸２に一体回転可能に固定されている。

ベーンロータ３ｃの外周には、複数の（ここでは３つの）ベーン３ｅが外径方向に突出形成されている。各ベーン３ｅは、ケース３ｄの内周に形成された周方向に延びる溝内にそれぞれ収容されている。そして、ベーン３ｅにより溝の内部を区画することで、各ベーン３ｅの周方向両側にそれぞれオイル室が形成されている。これらのオイル室のうち、ベーン３ｅに対してカム軸２の回転方向側のものが遅角オイル室３ａであり、反回転方向側のものが進角オイル室３ｂである。

これら遅角オイル室３ａ及び進角オイル室３ｂには、加圧されたオイルが供給されるようになっている。そして、遅角オイル室３ａと進角オイル室３ｂとの間の油圧差を変化させることで、ベーン３ｅの両側に作用する力のバランスが変化して、ベーンロータ３ｃの固定されたカム軸２とケース３ｄの固定された中心軸４とが相対回動される。

例えば、遅角オイル室３ａの油圧を進角オイル室３ｂの油圧よりも十分に大きくすれば、ベーンロータ３ｃはケース３ｄに対して、カム軸２の反回転方向に回動する。これにより、カム軸２の回転位相は出力軸８の回転位相に対して遅角されるようになる。また、進角オイル室３ｂの油圧を遅角オイル室３ａの油圧よりも十分に大きくすれば、ベーンロータ３ｃはケース３ｄに対して、カム軸２の回転方向に回動する。これにより、カム軸２の回転位相は出力軸８の回転位相に対して進角されるようになる。

こうしてカム軸２の出力軸８に対する回転位相を変更することで、カム軸２により開閉駆動される吸気弁１の開閉タイミングを変更することができる。なお、遅角オイル室３ａ及び進角オイル室３ｂの油圧を適度に調整して、ベーンロータ３ｃに作用するトルクをバランスさせれば、出力軸８の回転位相に対するカム軸２の回転位相を現状に保持すること
ができる。なお、ケース３ｄは第１回転部材に、ベーンロータ３ｃは第２回転部材に相当する。

ところで、本実施例では、図１に示すように、カム軸２の内周に、中心軸４とカム軸２との間のオイルを流動させるように、中心軸４やカム軸２の軸心に対して斜めに形成された羽根１２を内径方向に突出させて設けている。すなわち、羽根１２は、カム軸２の内周にらせん状に形成されている。なお、本実施例の羽根１２が、本発明の油圧変化助長手段に相当する。

このため、ケース３ｄとベーンロータ３ｃとの相対角度を変更させて中心軸４とカム軸２との位相差が発生した場合に、中心軸４とカム軸２との間の相対回動に基づき、この羽根１２によって中心軸４とカム軸２との間のオイルの流動を促し、ＶＶＴ機構３、特に遅角オイル室３ａへの油圧変化を助長する。

例えば、遅角オイル室３ａの油圧を進角オイル室３ｂの油圧よりも十分に大きくする場合には、ベーンロータ３ｃはケース３ｄに対してカム軸２の反回転方向に回動する。すると、カム軸２も反回転方向に回動し、この際に羽根１２が中心軸４とカム軸２との間のオイルを遅角オイル室３ａへさらに供給し、遅角オイル室３ａの油圧を増加させる。つまり、遅角オイル室３ａへの油圧が増すことが助長され、油圧が増加する遅角オイル室３ａと油圧が減少する進角オイル室３ｂとの油圧差が大きくなり、ＶＶＴ機構３はカム軸２を遅角する制御指令に応じた油圧変化を素早く行うことができる。

また、進角オイル室３ｂの油圧を遅角オイル室３ａの油圧よりも十分に大きくする場合には、ベーンロータ３ｃはケース３ｄに対してカム軸２の回転方向に回動する。すると、カム軸２も回転方向に回動し、この際に羽根１２が中心軸４とカム軸２との間のオイルを遅角オイル室３ａから排出させるように減少させ、遅角オイル室３ａの油圧を減少させる。つまり、遅角オイル室３ａへの油圧が減少することが助長され、油圧が減少する遅角オイル室３ａと油圧が増加する進角オイル室３ｂとの油圧差が大きくなり、ＶＶＴ機構３はカム軸２を進角する制御指令に応じた油圧変化を素早く行うことができる。

したがって、本実施例では、羽根１２によってＶＶＴ機構３の油圧変化が助長されることで、ＶＶＴ機構３は制御指令に応じた油圧変化を素早く行えるので、ＶＶＴ機構３の応答性を向上できる。

なお、本実施例では、油圧変化助長手段として、カム軸２の内周に設けられた羽根１２を例に挙げた。しかし、これに限られず、図３に示すように羽根１２を中心軸４の外周に設けてもよいし、カム軸２の内周及び中心軸４の外周の両方に設けてもよい。また、羽根１２に限られず、例えば、カム軸２の内周に設けられた溝でもよい。この溝は、中心軸４とカム軸２との間のオイルを流動させるように、中心軸４やカム軸２の軸心に対して斜めに形成され、カム軸２の周面上を凹ませて設けられていてもよい。溝は、カム軸２の内周にらせん状に形成されていてもよい。さらに、この溝を中心軸４の外周に設けてもよいし、カム軸２の内周及び中心軸４の外周の両方に設けてもよい。加えて、油圧変化助長手段は、中心軸４とカム軸２との間で油圧変化を助長することができれば、その形状や構成などは羽根１２や溝に限られない。

本発明に係る内燃機関の可変動弁装置は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加えてもよい。

実施例１に係る内燃機関の要部の概略構成を示す図である。 実施例１に係る内燃機関のＶＶＴ機構の詳細を示す図である。 実施例１の他の例に係る内燃機関の要部の概略構成を示す図である。

符号の説明

１ 吸気弁
２ カム軸
２ａ カム
３ ＶＶＴ機構
３ａ 遅角オイル室
３ｂ 進角オイル室
３ｃ ベーンロータ
３ｄ ケース
３ｅ ベーン
４ 中心軸
５ シール
６ スプロケット
７ チェーン
８ 出力軸
９ ＯＣＶ
１０ オイルダムカップリング
１１ 燃料ポンプ
１２ 羽根

Claims (3)

1. 内燃機関の出力軸に駆動されて回転し、当該回転によって燃料ポンプを駆動する中心軸と、
   中空内部に前記中心軸が挿通されると共に、外周に取り付けたカムを回転させることによって内燃機関の吸気弁及び／又は排気弁を周期的に押圧し開閉運動させるカム軸と、
   前記中心軸に連結されて回転する第１回転部材と前記第１回転部材と同軸上に設けられ前記カム軸に連結されて回転する第２回転部材とを有し、前記第１回転部材と前記第２回転部材との相対角度を変更させて前記出力軸と前記カム軸との回転位相を変更可能であり、これにより前記吸気弁及び／又は前記排気弁の開閉タイミングを変更可能とすると共に、前記第１回転部材に前記第２回転部材が連れ回ることで前記中心軸の回転を前記カム軸に伝達する可変動弁機構と、
   前記中心軸と前記カム軸との間に形成され、前記第１回転部材と前記第２回転部材との相対角度を変更させて前記中心軸と前記カム軸との位相差が発生した場合に、前記可変動弁機構への油圧変化を助長する油圧変化助長手段と、
   を備えたことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。
2. 前記油圧変化助長手段は、前記中心軸の外周又は前記カム軸の内周に軸心に対して斜めに形成された羽根であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の可変動弁装置。
3. 前記油圧変化助長手段は、前記中心軸の外周又は前記カム軸の内周に軸心に対して斜めに形成された溝であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の可変動弁装置。
   

Images